GEOKIMIA PANAS BUMI

PENGENALAN EKSPLORASI GEOKIMIA

Survei geokimia dilakukan untuk mendapatkan data dan informasifisis dan kimia dari tiga unsur utama yaitu air, gas, dan tanah

Survei geokimia bertujuan :

1 memprediksi suhu bawah permukaan

2 memperoleh informasi mengenai asal-usul fluida panas bumi

3 mengetahui arah aliran fluida bawah permukaan

Filosofi dasar penggunaan survei geokimia dalam eksplorasiadalah konsentrasi komponen fluida panas bumi, unsur terlarut,dan kandungan gas di dalam uap mencerminkan kondisi bawahpermukaan.

Kandungan unsur terlarut didalam fluida panas bumidihasilkan dari interkasi antara fluida dengan batuan selamaperjalanannya menuju ke permukaan ataupun adanyamasukan dari fluida magmatik.

Oki, fluida panas bumi mempunyai variasi komposisi kimiayang sangat variatif yang mencerminkan tatanan geologinya.

Konsentrasi unsur-unsur terlarut di dalam fluida panas bumi,berdasarkan hasil dari beberapa studi lapangan dikontrol olehkesetimbangan mineral di reservoar.

Kesetimbangan antara fluida dengan mineral sangattergantung pada suhu konsentrasi unsur terlarut akanberubah dengan adanya perubahan suhu.

Lebih lanjut dalam perjalanan fluida panasbumi akanmengalami berbagai macam proses seperti pendidihan(boilling) ataupun percampuran (mixing) dengan fluida lainnyayang dapat merubah komposisi kimianya.

PARAMETER PENTING DALAM PENYELIDIKAN GEOKIMIA :– PERKIRAAN BESARNYA SUMBERDAYA

– PREDIKSI TEMPERATUR RESERVOAR

– PERMEABILITAS FORMASI RESERVOAR

– JENIS FLUIDA DIDALAM RESERVOAR

– TINGKAT KEASAMAN FLUIDA

– JUMLAH KANDUNGAN GAS

– POTENSI PENGERAKAN

– PREDIKSI DAMPAK PENGEMBANGAN SUMBERDAYA PANASBUMI BAGI LINGKUNGAN SEKITARNYA

ASAL USUL DAN KOMPOSISI KIMIA PANAS BUMI

Fluida panasbumi mengandung komponen isotop, gas, dan unsurterlarut dalam berbagai variasi konsentrasi.

Banyak komponen yang merupakan komponen penyusun utamafluida panasbumi walaupun mereka bukan penyusun utamabatuan, bahkan mereka hanya dalam jumlah kecil sekali sabagaiunsur penjejak (trace element), seperti klorin (Cl) dan boron (B)

Proses yang sangat penting mempengaruhi komposisi fluidapanasbumi meliputi pelarutan mineral utama batuan.

Selain itu juga dipengaruhi oleh suhu, kandungan gas asal air,masukan dari magmatik, tipe batuan, kondisi dan durasi interaksiantara batuan air, serta proses boiling dan mixing.

Pada awalnya magma diyakini sabagai asal panas, air, dan unsurterlarut di dalam sistem panas bumi. Namun dari hasil penelitianCraig (1963), menggunakan isotop alam (stabel isotop),mengungkapkan bahwa asal air sistem panasbumi adalahdominan berasal dari air meteorik karena mempunyai ciri-cirikandungan deuterium (2H) yang sama antara fluida panasbumidengan air meteorik lokal (Gb)

Selain itu jenis air yang mungkin menjadi asal air panasbumiadalah air laut, air formasi (conate water), dan kemungkinankontribusi air magmatik dalam jumlah yang kecil.

Sedangkan unsur yang terlarut didalam fluida panasbumi sepertiyang dikemukakan oleh Ellis dan Mahon (1967) berasal daripelarutan batuan reservoar.

KANDUNGAN KIMIA FLUIDA PANAS BUMI

Cl- Na+ Cs+

HCO3- K+ Mn+

S0 Ca++ Fe++

F- Li+ A1+++

Br- Mg++ Rb+

I-

As Boron

Si02 Ammonia

HCO3- Non condensible gas

DATA KANDUNGAN KIMIA FLUIDA PANAS BUMI

Parameter ORKEI KAROKO (NZ)

CERRO PRIETO (Mexico)

SPG 22 SPG 664 SPG 49 SPG 54

Temp. oC 99 64 57 98

pH 9.2 8.2 6.5 7.4

SiO2 280 150 45 92

Ca 0.8 4.6 283 492

Mg - 0.6 20 38

Na 370 135 1350 3700

K 34 10 233 400

Li 3.4 1.2 4.4 8

HCO3 113 201 128 42

SO4 185 12 960 130

C1 404 78 2930 6700

F 10.8 2.9 - -

B 3.4 5.4 - -

Parameter ORAKEI KARAKO (NZ)

WEEL 2 @ depth SPG 22 SPG 664

Depth (m) 1150 - -

Temp. oC 260 99 64

pH ? 9.2 8.2

SiO2 327 280 150

Ca <1 0.8 4.6

Mg - - 0.6

Na 550 370 135

K 54 34 10

Li 3.1 3.4 1.2

HCO3 290 113 201

SO4 142 185 12

C1 546 404 78

F 5.7 10.8 2.9

B 7.7 3.4 5.4

KANDUNGAN KIMIA FLUIDA PANAS BUMI DI SATUTEMPAT DENGAN TEMPAT LAIN BERBEDA.

Kosentrasi ion yang berbeda-beda dapat disebabkankarena perbedaan

1. Temperatur

2. Kandungan gas

3. Sumber air

4. Jenis batuan

5. Kondisi dan lamanya interaksi air batuan

6. Adanya percampuran antara air dari satu sumberdengan air dari sumber lainnya.

KOMPONEN REAKTIF DAN KONSERVATIF

Komponen kimia dan isotop di dalam fluida panasbumidiklasifikasikan menjadi dua yaitu

1. Reaktif

komponen reaktif disebut juga sebagai geoindikator,cenderung untuk mencapai kesetimbangan dengankomponen reaktif lainnya dan atau mineral batuandidalam sistem panasbumi. Komponen reaktif ini bergunauntuk memperoleh informasi kondisi fisika reservoarpanas bumi (suhu reservoar, rasio uap terhadap air)

2. Konservatif

komponen ini disebut juga dengan nonreaktif/inert/incompatible atau secara sederhana sebagaikomponen tracers. Komponen ini masuk menjadipenyusun fluida pansbumi maka mereka akan tetaptinggal disana. Oki, komponen konservatif menyediakaninformasi tentang asal-usul air dan juga asalkomponen itu sendiri. Contoh : Cl, B, Br, dan Li.

JENIS-JENIS AIR PANAS BUMI

1. Air Klorida (Chloride Water)

- Cl tinggi (400-1800 ppm)

- Na dan K tinggi bersama dengan Ca, Mg sebagai Kation

- Si02 cukup tinggi

- pH netral-sedikit asam

- ciri khas : endapan silika sinter

- Umumnya mengandung S04, HCO3-

- Sejumlah kecil F, As, Li, Rb, Cs, Mg, dan NH3-

2. Air Asam Sulfat (Acid Sulphate Water)

- S04 tinggi

- HCO3- dan Cl sangat rendah (kadang-kadang nol)

- Mengandung Na, K, Ca, Mg, Fe

- pH rendah (pH <2 – 3)

3. Air Bikarbonat

- Kaya akan C02

- Cl rendah

- pH sekitar 5-6

- dibeberapa tempat tercampur karena adanyabatuan limestone dibawah permukaan, sehinggamuncul endapan travertin

Pengukuran parameter pada contoh air di lapangan

Temperatur manifestasi dan udara di sekitarnya, dengan menggunakan thermocouple atau thermometer maksimum

pH air, dengan menggunakan pH meter digital

debit air panas/dingin, dengan cara volumetric (V-nocht meter)

daya hantar listrik dengan (DHL) air panas/dingin, dengan konduktivitimeter

koordinat dan ketinggian lokasi pengambilan contoh dengan GPS Receiver

kandungan CO2, CO, H2S, dan NH3 pada hembusan uap air, fumarol dan solfatara dengan detector gas

luas manifestasi

PENENTUAN JENIS AIR BERDASARKAN KANDUNGAN Cl, S04,

HCO3-

TAHAPAN DALAM MENGHITUNG PROPORSI ION

1. Jumlahkan konsentrasi klorida (ppm), sulfat (ppm)dan bikarbonat (ppm)

∑ Konsentrasi = Cl + S04 + HCO3-

2. Hitung proporsi relatif dari masing-masingkomponen jumlah di atas dalam persen

% Cl = (Cl / ∑ Konsentrasi) x 100

% S04 = (S04 / ∑ Konsentrasi) x 100

% HCO3- = (HCO3

- / ∑ Konsentrasi) x 100

3. Plot masing-masing nilai proporsi relatif padadiagram

SURVAI PENDAHULUAN GEOKIMIA

Survey geokimia dilakukan untuk mendapatkan data daninformasi fisis dan kimia dari tiga unsur utama (air, udara, gas).Kegiatan ini terdiri atas studi literatur dan survei lapangan.Survey lapangan meliputi kegiatan pengamatan pengukuran danpengambilan sampel terhadap air, gas, dan tanah.

KEGIATAN LAPANGAN

meliputi : studi literatur, analisa data sekunder, penyiapanperalatan dan pereaksi, serta penentuan titik ukur. Studi literaturdan analisis data sekunder merupakan kegiatan pengumpulandan analisis data pustaka melalui identifikasi terhadap hasilpenyelidikan terdahulu yang berkaitan dengan geokimia,berdasarkan informasi geologi regional, peta topografi, fotoudara, citra satelit, dan geografi daerah penyelidikan yang adaatau pernah dilakukan di daerah yang akan diselidiki.

Persiapan peralatan dan pereaksi dilakukan dengan carakalibrasi peralatan dan standarisasi pereaksi yang akandigunakan. Titik-titik ukur yang telah ditentukan pada lokasipenyelidikan harus diketahui ketinggian dan koordinatnya.

Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam penentuan titikukur :

1. penentuan titik ukur harus memperhatikan kondisi geologidan keberadaan manifestasi panas bumi, misalnya posisilintasan titik ukur memotong arah struktur geologi denganmempertimbangkan faktor kesulitan medan (togografi)

2. sebaran titik ukur dapat berbentuk grid atau acak denganspasi antara 250-2000m

3. penentun titik ukur dapat dilakukan dengan menggunakanalat ukur topografi yang dapat memenuhi akurasi ketinggianmaksimal 1 meter dan akurasi koordinat maksimal 5 meter, seperti Theodolite, GPS

4. sistem koordinat titik ukur harus diproyeksikan ke dalamsistem geodetic yang umum dipakai di Indonesia, misalnyaUTM.

KEGIATAN LABORATORIUM

kegiatan laboratorium meliputi preparasi conto dan analisis.Preparasi contoh sebelum dianalisa kandungan unsure-unsurnya perlu dipersiapkan terlebih dahulu. Preparasi contohsiap analisis ditempuh melalui kegiatan mulai dari penyusunancontoh agar tidak terjadi kesalahan sistematis penyontohandan penyediaan duplikat untuk memantau presisi analisiskimia. Penyusunan contoh berikut duplikat dilakukan secararandom dalam tempat yang tersedia.

Analisa untuk menentukan, konsentarasi unsure-unsur dalamcontoh air, gas, tanah, dan udara tanah dilaakukan dilaboratorium. Beberapa parameter diukur di lapangan,terutama pH, temperature, daya hantar listrik dan debit air.

ANALISA CONTOH AIR

Pengambilan contoh air dilakukan pada mata air panas, dan

sebagai pembanding dilakukan juga terhadap mata air dingin.Pengambilan contoh air panas dilakukan pada tempat dimanatemperatur dan debitnya paling tinggi, sehingga kontaminasioleh lingkungannya dapat dihindari seminimal mungkin.Pengambilan contoh air dilakukan untuk dua tujuan, yaituuntuk analisa unsur dan analisa isotop (18O dan 2H).

a) Peralatan dan preparasi yang digunakan Botol polyethylene bervolume 500 ml, yang tahan terhadap

asam, panas, korosif Botol isotop 18O dan 2H bervolume 15 ml terbuat dari gelas

yang berlapis alumunium foil Syringe plastic tahan panas bervolume minimal 50 ml. Filter Holder diameter 25 mm. Kertas filter porositas 0,45 μm GPS Receiver, altimeter Stop Wacth pH meter digital, kertas pH, konduktivitimeter Sarung tangan karet tahan panas Kamera Peta kerja HNO3 1:1

b) Pengukuran parameter pada contoh air di lapangan Temperatur manifestasi dan udara di sekitarnya, dengan

menggunakan thermocouple atau thermometer maksimum pH air, dengan menggunakan pH meter digital debit air panas/dingin, dengan cara volumetric (V-nocht

meter) daya hantar listrik dengan (DHL) air panas/dingin, dengan

konduktivitimeter koordinat dan ketinggian lokasi pengambilan contoh dengan

GPS Receiver kandungan CO2, CO, H2S, dan NH3 pada hembusan uap air,

fumarol dan solfatara dengan detector gas luas manifestasi

c) Cara pengambilan contoh air untuk analisa sumur

Contoh Air yang akan diambil harus disaring menggunakan kertas saring (porous fiver) berukuran 0,45 μm.

Botol yang akan digunakan untuk menyimpan contoh dibilas dengan menggunakan contoh air yang sudah disaring.

Contoh air dibagi menjadi dua botol bervolume minimal 500 ml.

Botol pertama langsung dikemas dan diberi kode lokasi sebagai bahan untuk analisa anion (Cl, HCO3, SO4, F, CO3).

Botol kedua sebelum dikemas diasamkan dengan penambahan HNO3 1:1 sampai pH 2, sebagai contoh air untuk analisa kation (Na, K, Li, B, Ca, Fe, Al, As), SiO2 dan NH4.

d) Cara pengambilan contoh air untuk analisa isotop

Harus dihindari kontaminasi oleh udara luar

Botol yang digunakan untuk menyimpan contoh air, botol kecil bervolume 15 ml

Botol dibilas dengan menggunakan contoh air yang akan diambil

Botol harus diisi dengan contoh air sampai penuh dan tidak terbentuk gelembung udara dalam botol, apabila terdapat gelembung maka pengambilan contohh harus diulang.

Pengisian dan penutupan botol dilakukan di dalam air dan ditutup rapat serta diisolasi

Botol contoh diberi label sesuai lokasi pengambilan dan nomor contoh.

e) Analisis Air

Contoh air yang diperoleh dari lapangan dibawa kelaboratorium untuk dianalisis.

Analisa contoh isotop 18O dan 2H

Contoh isotop 18O dan 2H air yang diperoleh dari lapangan,dianalisis di laboratorium dengan menggunakan metode massspectrophometer. Analisis contoh isotop 18O dan 2H air inidapat menggunakan cara Gonviantini (1981).

Pengamatan Manifestasi

Pengamatan manifestasi antara lain dilakukan terhadap :

Jenis manifestasi : tanah panas, tanah panas beruap, kolamlumpur panas, mata air panas, fumarol dan solfatara.Keterdapatannya pada suatu daerah penyelidikan dapatlangsung diaamati di lapangan dengan kasat mata.

Jenis endapan pada manifestasi seperti sinter koordinat, sintersilica, belerang dan oksida besi.

Sifat fisika air yang muncul pada manifestasi denganmembedakan diantaranya : rasa (tawar, asin, pahit, asam),bau (bau belerang/H2S) dan warna (jernih, keruh, putih, dll).

Pengukuran Data Manifestasi

Data yang diukur pada manifestasi antara lain :

– Temperatur manifestasi dan udara disekitarnya,

– pH air,

– debit air panas atau dingin,

– Daya hantar listrik (DHL) air panas/dingin,

– Koordinat dan lokasi pengambilan contoh,

– Kandungan CO2, CO, H2S, dan NH3 pada hembusan uap air, fumarol dan solfatara.

– Luas manifestasi.

Penentuan Temperature Reservoir

Penyelidikan geothermal yang digunakan untuk menentukan temperature reservoir antara lain adalah geothermometer silika, Na-K-Ca, Na/K dan isotop oksigen sulfat 180 (SO4H2O).

1. Silika Geothermometer

Mohan (1966) menunjukkan bahwa konsentrasi silika pada air disumur panasbumi di selandia baru dikontrol oleh daya larut kwarsa. Geothermometer kwarsa (Quarts) bekerja baik pada mata air panas yang temperatur permukaannya diatas 150OC. Fournier dan Trusdel (1970), telah menunjukkan bahwa kwarsa telah bekerja baik pada air panas.

2. Na-K Geothermometer

Metoda Na/K pada umumnya mampu memberikan hasil yangmeyakinkan untuk lingkungan air yang bertemperaturdibawah 100OC. Kusus air yang bertemperatur rendah yangkaya akan kalsium memberikan penyimpangan pada hasilperhitungan dengan metode Na/K. Keuntungan dari metodaini adalah sedikit dipengaruhi oleh pemisahan uap dan cairandaripada geothermometer yang lain serta sedikit Na+ dan K+

yang mengalami dilusi pada air.

3. Na-K-Ca Geothermometer

Geothermometer Na-K-Ca dari Fournier dan Truesdelldikembangkan secara kusus untuk membagi kadar kalsiumpada kadar air yang memberikan kenormalan perhitungantemperatur reservoir yang tinggi oleh metoda Na/K. Peubahankonsentrasi hasil pendidihan dan pencampuran dengan airdingin akan mempengaruhi geothermometer Na-K-Ca. Akibatutama dari pendidihan adalah hilangnya CO2 dengan cepatdan mengendapnya CaCO3. hilangnya AquaeousCa2+umumnya kan menghasilkan perhitungan temperatur Na-K-Ca sangat tinggi.

4 Isotop Geothermometer

Geothermometer isotop yang biasa digunakan untukmengukur temperatur pada reservoir panasbumi yaitu oksigensulfat. Komposisi oksigen dan air akan berubah, fraksinasi O16

dan O18 antara air dan uap pada temperatur tergantung padakesetimbangan dan akan menuju pada kesetimbangan yangagak cepat pada temperatur dibawah 100 OC. Keadaanmendidih akan berbeda komposisinya yang mana semua uapitu bertemperatur akhir 100 OC (Trusdel, 1979). Meskipunpendidihan membuat interprestasi lebih komplek, tetapi tidakmengubah geothermometer O18 (SO4 - H2O).

Mc Kanzel dan Trusdel (1977) telah menunjukkan, bahwasulfat /oksigen isotop geothermometer dapat dihitung pada 3model ahir yaitu :

Penyelidikan konduktive

Kehilangan temperature satu tingkat pada berbagaitemperature tertentu.

Kehilangan uap secara tetap.

Maturnuwun